KR100472594B1 - 활주식접촉면을갖는부재,압축기및회전식압축기 - Google Patents

활주식접촉면을갖는부재,압축기및회전식압축기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 베인 등의 본체 상에 중간층을 개재하여 또는 직접 제공된 경질 탄소막을 포함하는 부재에 관한 것이다. 혼합층은 본체 또는, 본체 또는 중간층의 외면에 인접한 중간층 내에 형성된다. 혼합층은 본체 또는 중간층 중의 어느 한 구성 원소를 포함하고 있다. 혼합층은 두께 방향으로 탄소 함량 구배를 가져서 혼합층의 외면에 근접한 두께 부분에서의 탄소 함량이 혼합층의 외면으로부터 먼 두께 부분 보다 더욱 높게 된다.

Description

활주식 접촉면을 갖는 부재, 압축기 및 회전식 압축기
본 발명은 활주식 접촉면을 갖는 부재와, 각각 상기 부재를 포함하는 압축기 및 회전식 압축기에 관한 것이다.
최근에 성능 및 용량이 향상됨에 따라 냉동 설비, 공기 조화 설비 등에 이용되는 회전식 압축기는 더욱 엄격한 조건 하에 놓이게 되었다.
그러한 회전식 압축기에서, 베인의 선단부는 바이어스 수단 등에 의해 롤러의 주연 활주부와 일정하게 접촉하게 된다. 이 때문에 불리하게도 실린더 하우징, 베인 및 롤러를 수납하는 실린더의 내부에서 슬러지를 생성시키게 된다. 상기 슬러지는 냉동 시스템, 특히 모세관의 차단을 발생시켜 시스템의 냉동 능력을 감소시킨다.
최악의 상황에서는, 모세관을 통한 냉매 캐리어의 공급 자체가 불가능해져서 회전식 압축기에 치명적인 손상을 주게 될 수도 있다.
따라서, 종래의 부재에 비해 슬러지 발생이 적고, 내마모성이 우수하며, 장기간 안정적으로 사용할 수 있는, 압축기 및 회전식 압축기 등에 사용하기 위한 활주식 접촉면을 갖는 부재가 필요하다.
본 발명의 목적은 우수한 내마모성을 갖고 장기간 동안 안정적으로 작동할 수 있는 활주식 접촉면을 갖는 부재와, 그러한 부재를 이용하는 압축기 및 회전식 압축기를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 태양에 의하면, 활주식 접촉면을 갖는 본체와, 활주식 접촉면 상에 제공된 경질 탄소막과, 활주식 접촉면에 인접한 본체의 두께 구역 내에 형성된 혼합층을 포함하는 부재가 제공된다. 혼합층은 본체의 두께 구역에 존재하는 구성 원소와 탄소로 구성되며, 상기 혼합층의 두께 방향으로 탄소 함량 구배를 가져서 혼합층의 외면에서 근접한 두께 부분에서의 탄소 함량이 혼합층의 외면으로부터 먼 두께 부분에서보다 높게 된다.
제1 태양에 의한 본 발명의 양호한 실시예에서 혼합층은 본체 내의 활주식 접촉면 근방의 구역에 탄소를 유입시킴으로써 형성된다.
제1 태양에 의한 부재는 활주식 접촉면 상에 경질 탄소막을 가져서 우수한 내마모성을 나타내게 된다. 또한, 본체의 활주식 접촉면에 인접한 혼합층의 형성은 경질 탄소막의 본체에 대한 우수한 밀착성을 제공하여서 부재가 박리되지 않고 장기간 동안 안정적으로 사용될 수 있게 한다.
본 발명의 제2 태양에 의하면, 활주식 접촉면을 갖는 본체와, 본체의 활주식 접촉면에 제공된 중간층과, 중간층에 제공된 경질 탄소막과, 중간층의 두께 구역 내에 형성되고 중간층의 외면에 인접한 혼합층을 포함하는 부재가 제공된다. 혼합층은 탄소와 중간층의 구성 원소로 구성되고 두께 방향으로 탄소 함량 구배를 가져서 혼합층의 외면에 근접한 두께 부분에서의 탄소 함량이 혼합층의 외면으로부터 먼 두께 부분에서보다 높게 된다.
제2 태양에 의한 본 발명의 양호한 실시예에서 혼합층은 중간층의 외면에 인접한 중간층 구역 내로 탄소를 유입시킴으로써 형성된다.
중간층은 예를 들어 Si, Ti, Zr, Ge, Ru, Mo, W 또는 그 산화물, 질화물 또는 탄화물로 형성될 수 있다.
제2 태양에 의한 부재는 중간층을 통한 활주식 접촉면 상의 경질 탄소막을 제공하여서 우수한 내마모성을 나타내게 된다. 경질 탄소막 및 본체 사이의 중간층의 형성은 경질 탄소막 및 본체 사이에 개선된 밀착성을 제공한다. 또한, 외면에 인접한 중간층 내의 혼합층의 형성은 경질 탄소막에 더욱 개선된 부착성을 제공한다.
이하에서, 용어 "본 발명"은 본 발명의 제1 및 제2 태양에 공통인 사항들을 설명하는 데 사용될 것이다.
본 발명에서 혼합층은 본체의 활주식 접촉면 또는 중간층의 외면에 인접하여 형성된다. 혼합층의 두께는 양호하게는 5 Å이상이고, 더욱 양호하게는 5 Å 내지 1 ㎛의 범위이고, 보다 더욱 양호하게는 10 Å 내지 200 Å의 범위이다. 혼합층이 더욱 얇으면, 기대되는 밀착성의 향상이 일어나지 않을 수도 있다. 혼합층의 두께가 1 ㎛를 초과하더라도, 밀착성이 반드시 두께 증가분에 비례하여 개선되는 것은아니다.
본 발명에 있어서, 혼합층은 두께 방향으로 탄소 함량 구배를 가져서 외면에 인접한 또는 근접한 두께 부분에서의 탄소 함량이 외면으로부터 대면인 또는 먼 두께 부분에서보다 높게 된다. 혼합층은 상기 혼합층 내에서 최대 함량을 갖는 농축부를 갖는다. 그러한 농축부는 양호하게는 상기 혼합층의 외면 상에 또는 외면으로부터 상기 혼합층의 전체 두께의 50 % 또는 그 이하를 점유하는 두께 구역 내에 존재한다. 혼합층의 농축부 내의 탄소 함량은 양호하게는 20 원자 % 보다 작지 않으며, 더욱 양호하게는 40 원자 % 보다 작지 않다.
전술한 바와 같이, 탄소를 상기 외면에 인접한 본체 내의 구역 내로 또는 상기 외면에 인접한 중간층 내의 구역 내로 유입시킴으로써 상기 혼합층을 형성하는 것이 바람직하다. 그러한 탄소 유입은 탄소 이온과 같은 탄소의 활성종에 운동 에너지를 인가하여 상기 활성종이 본체 또는 중간층의 외면에 충돌하게 함으로써 달성될 수 있다. 특히, 탄소 유입은 탄소 이온이 부의 자기 바이어스 전압이 인가되는 기판의 외면에 충돌하게 함으로써 달성된다.
본 발명의 경질 탄소막은 다이아몬드 박막, 혼합 다이아몬드 및 비정질 구조를 갖는 막, 또는 비정질 탄소 박막을 포함할 수도 있다. 혼합 구조를 갖는 막과 비정질 탄소막은 통상 다이아몬드형 탄소막으로 불린다. 다이아몬드형 탄소막은 통상 수소를 포함한다. 수소 함유량이 작은 다이아몬드형 막은 경도 및 내마모성이 증가됨을 보여준다. 한편, 수소 함유량이 큰 다이아몬드형 탄소막은 내부 응력이 감소하고 하부층과의 밀착성이 향상됨을 보여준다. 따라서, 본 발명에 의한 경질 탄소막은 외면으로부터 먼 두께 부분에서의 수소 함량이 외면에 근접한 두께 부분에서보다 높게 되도록 두께 방향으로 수소 함량 구배를 갖는 것이 바람직하게 된다. 그러한 수소 함량 구배가 있게 함으로써 최종의 경질 탄소막에 향상된 내마모성 및 하부층과의 밀착성을 부여할 수 있다. 본 발명에 있어서, 경질 탄소막은 Si, N, Ta, Cr, F 및 B로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 첨가 원소를 포함할 수도 있다. 그러한 첨가 원소를 포함시킴으로써 경질 탄소막의 마찰 계수가 감소하고 내마모성이 향상될 수 있게 된다. 첨가 원소의 포함은 양호하게는 3 내지 60 원자 %, 더욱 양호하게는 10 내지 50 원자 %의 범위에 있게 된다. 또한, 경질 탄소막은 외면에 근접한 경질 탄소막의 두께 부분에서의 첨가 원소의 함량이 외면으로부터 먼 두께 부분에서보다 높게 되도록 두께 방향으로 첨가 원소의 함량 구배를 갖는다. 경질 탄소막 내에 그러한 함량 구배를 제공함으로써 상기 외면에 인접한 두께 부분의 마찰 계수는 감소되어 더욱 효과적으로 상기 막의 내마모성을 향상시킨다.
본 발명에 의한 압축기는 본 발명의 활주식 접촉면을 갖는 전술한 부재를 이용하는 것을 특징으로 한다. 실린더 및 피스톤을 갖는 왕복 이동식 압축기의 전형적인 경우에 있어서, 본 발명은 활주식 접촉면을 제공하기 위한 내주연면을 갖는 실린더 및/또는 활주식 접촉면을 제공하기 위한 외주연면을 갖는 피스톤에 적용될 수 있다. 제1 태양에 의하면, 경질 탄소막은 상기 실린더의 내주연면에 제공되고, 혼합층은 상기 내주연면에 인접한 실린더 내에 형성된다. 경질 탄소막은 또한 상기 피스톤의 외주연면 상에 형성되고, 혼합층은 상기 외주연면에 인접한 피스톤 내에 형성된다. 제2 태양에 의하면, 중간층은 실린더의 내주연면 상에 위치된다. 혼합층은 외면에 인접한 중간층 내에 형성되고, 경질 탄소막은 상기 중간층에 제공된다. 피스톤의 경우에, 중간층은 피스톤의 외주연면에 위치된다. 혼합층은 외면에 인접한 중간층 내에 형성되고, 경질 탄소막은 상기 중간층에 제공된다.
본 발명에 의한 회전식 압축기의 일 실시예에 있어서, 베인은 선단부 또는 측면 부분에 활주식 접촉면을 형성하기 위해 본 발명에 의한 상기 부재의 본체를 구성한다. 제1 태양에 있어서, 경질 탄소막은 상기 베인의 적어도 하나의 선단부 또는 측면 부분에 제공된다. 혼합층은 적어도 상기 베인의 선단부 또는 측면 부분의 외면에 인접한 베인 내에 형성된다. 제2 태양에 의하면, 중간층은 상기 베인의 적어도 선단부 또는 측면 부분 상에 제공되고, 경질 탄소막은 상기 중간층에 제공된다. 혼합층은 외면에 인접한 중간층 내에 형성된다.
본 발명에 의한 회전식 압축기의 또 다른 실시예에 있어서, 롤러는 본 발명의 부재의 본체를 구성하여서 롤러 외주연면에 활주식 접촉면을 형성한다. 제1 태양에 있어서, 경질 탄소막이 외주연면에 제공된다. 혼합층이 롤러 내에서 그 롤러의 외주연면에 인접하게 형성된다. 제2 태양에 있어서, 롤러의 외주연면 상에 중간층이 제공되고 그 중간층 상에 경질 탄소막이 제공된다. 혼합층은 그 외면에 인접하게 중간층 내에 형성된다.
본 발명에 의한 회전식 압축기의 또 다른 실시예에 있어서, 실린더가 본 발명의 부재의 본체를 구성하여서 실린더 채널의 내면에 활주식 접촉면을 형성한다. 제1 태양에 있어서, 경질 탄소막이 실린더 채널의 내면에 제공된다. 혼합층이 실린더 채널의 내면에 인접한 실린더 벽 내에서 형성된다. 제2 태양에 있어서, 실린더 채널의 내면 상에 중간층이 제공되고, 그 중간층 상에 경질 탄소막이 제공된다. 혼합층은 그 외면에 인접한 중간층 내에 형성된다.
본 발명의 제3 태양에 의한 회전식 압축기는 롤러, 실린더 및 베인을 포함하고 있다. 경질 탄소막은 적어도 베인의 선단부 또는 측면 부분, 실린더 채널의 외주연면 또는 내면에 형성된다.
제3 태양에 있어서, 경질 탄소막과 베인 중 어느 한 베인, 롤러의 외주연면과 실린더 채널의 내면 사이에 중간층이 형성된다. 상기 제2 태양에서 사용된 중간층 재료의 종류는 제3 태양의 중간층에도 적용될 수 있다.
또한, 제3 태양에 있어서, 경질 탄소막은 수소를 포함할 수 있다. 이 경우라면, 경질 탄소막이 외면으로부터 먼 두께 부분에서의 수소 함량이 외면에 근접한 두께 부분에서의 수소 함량 보다 높도록 두께 방향의 수소 함량 구배를 갖는 것이 양호하다.
또한 제3 태양에 있어서, 경질 탄소막은 Si, N, Ta, Cr, F, B로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 첨가 원소를 포함할 수 있다. 경질 탄소막이 외면에 근접한 두께 부분에서의 첨가 원소 함량이 외면으로부터 먼 두께 부분에서의 함량보다 높도록 두께 방향의 첨가 원소 함량 구배를 갖는 것이 양호하다.
본 발명에서, 부재 본체의 재료 종류는 특별히 특정되지 않으며, Fe계 합금, 주철(Mo-Ni-Cr 주철), 강(고속 공구강), 알루미늄 합금, 탄소(알루미늄 합침 탄소), 세라믹(Ti, Al, Zr, Si, W 및 Mo의 산화물, 질화물, 탄화물), Ni 합금 및 스텐레스 강을 포함하고 있다.
본 발명에 따르면, 경도가 높은 경질 탄소막은 기판 상에 견고하게 부착되는 방식으로 형성된다. 따라서, 본 발명의 부재는 향상된 내마모성을 제공하며 장시간동안 안정적으로 사용될 수 있다.
이와 같은 부재를 결합시킨 압축기 및 회전식 압축기는 장시간의 구동 후에도 슬러지를 더욱 적게 발생시키므로 장시간 동안 안정적으로 사용될 수 있다.
도8은 회전식 압축기의 전체적인 구조를 도시하는 개략 단면도이다.
도8을 참조하면, 회전식 압축기는 밀폐 용기(1), 전기 모터(도시되지 않음)에 의해 구동되는 크랭크 축(2) 및 이 크랭크 축에 편심 장착된 롤러(3)를 포함한다. 롤러(3)는 Mo-Ni-Cr 주철로 제조된다.
주철로 된 중공 실린더(4)는 롤러(3)를 자체 내에 수용하도록 배치되어 있다.
중공 실린더(4)는 이후에서 설명하는 것처럼 베인(6)이 왕복하는 내부에 채널(5)을 가지고 있다. 베인(6)은 중공 실린더(4)의 내부 공간을 고압 부분과 저압 부분으로 구획한다. 베인(6)은 고속 공구강(SKH51)으로 제조된다.
베인(6)은 스프링(7)에 의해 롤러(3)에 대하여 가압된다.
유입관(8)은 냉매 캐리어를 중공 실린더(8)의 내부에 공급하기 위해 제공된다. 중공 실린더(4) 내에서 가압 및 가열된 냉매 캐리어는 배기관(9)을 통해서 배출된다.
상기 방식으로 구성되는 회전식 압축기의 작동에 대하여 설명하겠다.
전기 모터가 크랭크 축(2)을 구동하면, 크랭크 축(2)에 편심 장착된 롤러(3)가 회전 상태로 중공 실린더(4)의 내면을 따라 주연 방향으로 이동한다. 베인(6)은 압축 가스 및 스프링(7)에 의해 롤러(3)에 대하여 가압되기 때문에 롤러(3)의 주연에 일정하게 접촉하게 된다. 따라서, 롤러(3)의 회전 운동이 실린더 채널(5) 내의 베인(6)의 왕복 운동으로 변환된다.
그러한 왕복 운동이 계속됨으로써 냉매 캐리어는 유입관(8)을 통해서 중공 실린더(4)의 내부로 흡입되며, 여기서 냉매 캐리어는 배기관(9)을 통해서 회전식 압축기 외부로 토출되기 전에 온도 및 압력이 상승되도록 압축된다.
도1은 본 발명의 회전식 압축기에 사용할 수 있는 것으로, 경질 탄소 코팅막을 자체에 갖추고 있는 베인(6)의 개략 단면도이다.
본 발명을 실시함에 있어서, 경질 탄소막은 다이아몬드 박막, 혼합 다이아몬드 및 비정질 탄소 구조를 갖는 박막, 또는 비정질 탄소 박막의 형태일 수 있다.
중간층은 Si, Ti, Zr, Ge, Ru, Mo, W 또는 이들의 산화물, 질화물 또는 탄화물로 형성될 수도 있다.
도1에 도시된 실시예에서는, Si의 중간층(61)이 베인(6) 상에 형성되어 있다. 경질 탄소막(62)은 중간층(61) 상에 형성되어서 이 중간층과의 사이에 인터페이스를 형성한다. 경질 탄소막(62)은 베인(6) 상에의 양호한 밀착을 위한 조성을 갖는다.
더욱 양호하게는, 경질 탄소막(62)은 이의 수소 함량이 인터페이스에 인접한 부분(62a)으로부터 필름층(62b)의 외면으로 점진적으로 감소하도록 차등화된 조성을 가질 수도 있다.
수소 함량이 인터페이스에 인접한 부분(62a) 쪽으로 가면서 더욱 높아지기 때문에 중간층(61)에 인접한 또는 근접한 경질 탄소막(62)의 두께 부분은 감소된 내부 응력 및 경도를 갖는다. 이는 경질 탄소막(62)이 중간층(61)으로부터 박리되는 것을 방지하는 역할을 한다.
수소 함량이 상기에 설명한 것처럼 경질 탄소막(62)의 두께 방향으로 점진적으로 변화하지만, 경질 탄소막(62)에 수소 농후층(들) 및 수소 희박층(들)을 제공함으로써 그러한 수소 함량 변화를 단계적으로 나타낼 수도 있다.
도2는 본 발명의 회전식 압축기에 채용할 수 있는 것으로, 경질 탄소막을 자체에 갖추고 있는 롤러(3)의 개략 단면도이다.
도2는 본 발명에 의한 경질 탄소막의 적용할 수 있는 한가지 형태를 도시한다.
도2에 도시된 실시예에서는 Si로 된 중간층(31)이 롤러(3) 상에 형성되어 있다. 경질 탄소막(32)은 Si의 중간층(31) 상에 형성되어서 이 중간층과의 사이에 인터페이스를 형성한다. 경질 탄소막(32)은 롤러(3)에의 양호한 밀착을 위한 조성을 갖는다.
더욱 양호하게는, 경질 탄소막(32)은 상기에서의 수소 함량이 인터페이스에 인접한 부분(32a)으로부터 필름층(32b)까지 연속적으로 감소하도록 구배가 완만한조성을 가질 수도 있다.
수소 함량은 인터페이스에 인접한 부분(32a)을 향하여 더욱 높게 되므로, 중간층(31)에 근접한 경질 탄소막(32)의 두께 부분은 감소된 내부 응력 및 경도를 갖는다. 이는 경질 탄소막(32)이 중간층(31)으로부터 박리되는 것을 방지하는 역할을 한다.
수소 함량은 경질 탄소막(32)의 두께 방향으로 연속적으로 변화하는 것으로 상기에서 설명되었지만, 그러한 수소 함량 구배는 경질 탄소막(32)에서 수소 농후층(들) 및 수소 희박층(들)을 제공함으로써 단계적으로 나타낼 수도 있다.
도3은 본 발명의 회전식 압축기에 대해 채용될 수 있고, 상부에서 경질 탄소막을 갖는 실린더 채널(5)의 확대 단면도이다.
또한, 도3은 본 발명에 의한 경질 탄소막의 다른 적용 형태를 도시한다.
도3에 도시된 실시예에서, 실린더 채널(5)의 내면 상에는 Si로 구성된 중간층(51)이 형성된다. 경질 탄소막(52)은 중간층(51) 상에 형성되어 이들 사이에서 인터페이스를 형성한다. 경질 탄소막(52)은 실린더 채널(5)의 내면에의 더욱 양호한 접착을 위한 조성을 갖는다.
더욱 양호하게는, 경질 탄소막(52)은 수소 함량이 인터페이스에 인접한 부분(52a)으로부터 필름층(52b)으로 연속적으로 감소되도록 구배가 완만한 조성을 가질 수도 있다.
수소 함량은 인터페이스에 인접한 부분(52a)을 향하여 더욱 높게 되므로, 중간층(51)에 근접한 경질 탄소막(52)의 두께 부분은 감소된 내부 응력 및 경도를 갖는다. 이는 경질 탄소막(52)이 중간층(51)으로부터 박리되는 것을 방지하는 역할을 한다.
수소 함량은 경질 탄소막(52)의 두께 방향으로 연속적으로 변화하는 것으로 상기에서 설명되었지만, 그러한 수소 함량 구배는 경질 탄소막(52)에서 수소 농후층(들) 및 수소 희박층(들)을 제공함으로써 단계적으로 나타낼 수도 있다.
도4는 본 발명의 경질 탄소막을 형성하기 위해 채용될 수 있는 예시적인 ECR 플라즈마 CVD의 개략 선도이다.
도4를 참조하면, 진공 챔버(108) 내부에는 베인(113) 등의 기판이 내부에 위치된 반응 챔버와, 플라즈마 생성 챔버(104)가 배치된다. 도파관(102)의 일단부는 플라즈마 생성 챔버(104)에 접속된다. 도파관(102)의 다른 단부는 마이크로파 공급 수단(101)에 장착된다.
마이크로파 공급 수단(101) 내부에서 생성된 마이크로파는 도파관(102) 및 마이크로파 유입 윈도우(103)를 통과하여 플라즈마 생성 챔버(104) 내로 안내되게 된다.
토출 가스 유입 라인(105)에는 아르곤(Ar) 등의 토출 가스를 플라즈마 생성 챔버(104) 내로 유입하는 토출 가스 유입 라인(105)에 접속된다. 복수의 플라즈마 자기장 발생기(106)가 플라즈마 생성 챔버(104)의 원주 방향으로 장착된다.
드럼형 베인 홀더(112)는 도면의 쪽면과 수직으로 교차하는 축을 중심으로 회전할 수 있도록 진공 챔버(108) 내의 반응 챔버 내에 제공된다. 모터(도시되지 않음)가 베인 홀더(112)에 접속된다.
복수의 베인(113, 본 실시예에서는 24개)은 베인 홀더(112)의 원주 방향으로 규칙적인 간격으로 배열된다. 고주파 전원(110)은 베인 홀더(112)에 접속된다. 금속으로 제조된 중공 원통형 차폐 커버(114)는 베인 홀더(112)를 반경 방향으로 둘러싸 이들 사이에서 약 5 ㎜의 공간을 형성한다. 차폐 커버(114)는 접지 전극에 접속된다. 차폐 커버(114)는 대상(target) 필름 형성 위치를 제외한 베인 홀더 구역과 진공 챔버(108) 사이에서의 토출 발생을 방지하는 기능을 하는데, 그러하지 않다면 상기 토출은 무선 주파수(RF) 전압이 필름 형성을 위해 베인 홀더(112)에 인가될 때 발생될 것이다.
차폐 커버(114)는 개구(115)를 갖는다. 플라즈마 생성 챔버(114)로부터의 플라즈마는 개구(115)를 통과하여 베인 홀더(112) 상에 장착된 베인(113)에 충돌하도록 안내된다. 진공 챔버(108)에는 반응 가스 유입 라인(116)이 설비된다. 반응 가스 유입 라인(116)의 선단부는 개구(115) 위에 위치된다.
경질 탄소막(32)이 롤러(3)의 외주연면 상에 형성된 경우에, 드럼형 홀더는 채용될 수 없다. 이때, 롤러(3)는 고주파 전원(110)에 접속된다. 차폐 커버(114)는 롤러(3)로부터 약 5 ㎜만큼 이격되도록 배열되고 접지 전극에 접속된다.
전술한 필름 형성 장치는 도1에 도시된 실시예의 경질 탄소막을 다음의 예시적인 절차로 형성하기 위해 채용될 수도 있다.
진공 챔버(108)는 먼저 10-5 내지 10-7 Torr 압력으로 배기된 후에, 베인 홀더(112)가 약 10 rpm의 속도로 회전된다. 그리고 나서, 5.7 × 10-4 Torr의 Ar 가스가 토출 가스 유입 라인(105)으로부터 공급되면서, 2.45 GHz 및 100 W의 마이크로파가 마이크로파 공급 수단(101)으로부터 공급되어, Ar 플라즈마가 플라즈마 생성 챔버(104) 내에 생성되게 하여 각각의 베인(6)의 표면과 충돌하도록 한다.
상기와 동시에, 1.3×10-3 Torr에서 메탄 가스는 고주파 전원(116)으로부터의 13.56 MHz RF 동력이 베인 홀더(112)에 공급되는 동안 반응 가스 유입관(116)을 통해 공급된다. 여기에서, RF 동력은 각각의 베인(113) 내에서 발생된 자기 바이어스 전압이 도5에 도시된 대로 필름 형성 개시 시점의 0 V로부터 (개시 후의 15분 내에) 필름 형성 완료 시점의 -50 V의 범위로 가변되도록 베인 홀더(112)에 공급된다.
5000 Å 두께의 경질 탄소막은 전술된 과정에 따라 각각의 베인(6) 상에 형성된다.
도6은 베인 홀더 내에 야기된 자기 바이어스 전압과, 각각의 경도, 내부 응력 및 자기 바이어스 전압에서 형성된 경질 탄소막의 수소 함량의 관계를 도시하는 그래프이다.
도4의 전술된 필름 형성 장치의 작동에 있어서, 베인 홀더 내에 야기된 규정 자기 바이어스 전압은 규정 자기 바이어스 전압에서 경질 탄소막을 형성하기 위해 일정하게 유지된다. 따라서 취득된 경질 탄소막은 경도, 내부 응력 및 수소 함량 등의 그 특성을 측정하게 된다. 측정치는 도6에 나타나 있다.
도6에 도시된 대로, 0 V의 자기 바이어스 전압은 약 800 Hv의 비커스 경도와, 5 GPa의 내부 응력, 및 약 60 원자 퍼센트의 수소 함량을 갖는 경질 탄소막을 형성하게 된다.
한편, -50 V의 자기 바이어스 전압은 약 3000 Hv의 비커스 경도와, 6.5 GPa의 내부 응력, 및 약 35 원자 %의 수소 함량을 갖는 경질 탄소막을 형성하게 된다.
도6에 도시된 각각의 특성의 변화는 0에서 -50 V 까지의 가변 자기 바이어스전압에서 형성된 상기 실시예의 경질 탄소막의 두께 방향으로 나타나는 것으로 생각된다.
따라서, 인터페이스에 인접한 경질 탄소막(62)의 부분(62a)은 중간층과 베인(6)에 더욱 양호한 부착성을 나타내기 위해 더욱 작은 경도 및 내부 응력을 갖는다.
한편, 필름층(62b)은 경질 탄소막에 요구되는 적절한 표면 경도를 제공하기 위해 더 큰 경도를 갖는다.
경질 탄소막(62)은 자기 바이어스 전압이 도7에 도시된 대로 필름 형성 개시 때의 0 V에서 처음 5분 동안, 및 개시로부터 15분 내에 완료되는 -50 V에서 이후 10분 동안 유지되는 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일 방식으로 형성된다. 베인(6) 상에 형성된 합성 경질 탄소막은 5000 Å의 필름 두께와 3000 Hv의 비커스 경도를 갖는다.
비교를 위해, 경질 탄소막은 베인 홀더 내에 야기된 자기 바이어스 전압이 필름 형성 중에 0 V에서 유지되는 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일 방식으로 형성된다. 베인(6) 상에 형성된 합성 경질 탄소막은 5000 Å의 필름 두께와 800 Hv의 비커스 경도를 갖는다.
경질 탄소막의 밀착성에 대한 실험을 하였다. 밀착성의 평가에서, 일정 하중(1㎏)에 대한 만입 검사는 비이커 침투자(Vickers penetrator)를 이용하여 실행되었다. 달리 형성된 경질 탄소막의 밀착성을 평가하기 위해, 50 개의 샘플이 각각 준비되었고 베인(6)으로부터 경질 탄소막(62)의 갈라짐을 나타낸 몇 개의 샘플은 그 밀착 수준을 나타내면서 계산되었다. 그러한 측정을 하게 되는 경질 탄소막은 베인(6) 상에서 이전에 형성된 실리콘 중간층(61, 100 Å 두께) 상에서 0 V 내지 -50 V 까지의 가변 자기 바이어스 전압에서 형성된 경질 탄소막과, 필름 형성의 개시로부터 필름 형성 완료 까지의 5분 시간 경과 후에 유지되는 -50 V의 일정 자기 바이어스 전압에서 베인(6) 상에서 직접 형성하기 위해 실리콘 중간층(61)을 가지고 있지 않은 또 다른 경질 탄소막과, 필름 형성의 개시로부터 필름 형성 완료 까지의 5분 시간 경과 후에 유지되는 -50 V의 일정 자기 바이어스 전압에서 실리콘 중간층(61) 상에 형성된 또 다른 경질 탄소막을 포함했다. 측정 결과는 표1에 나타나 있다.
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표1에 나타난 대로, 실리콘 중간층(61)이 베인(6) 상에 형성되어 있지 않은 경우에, 즉 경질 탄소막(62)이 베인(6) 상에 직접 형성되는 경우에, -50 V의 자기 바이어스 전압에서 형성되더라도 45 개의 샘플이 베인(6)으로부터 박리되는 것이 발견되었다. 한편, 실리콘 중간층(61)이 베인(6) 상에 형성되는 경우에, 즉 경질 탄소막(62)이 -50 V의 일정 자기 바이어스 전압에서 중간층(61) 상에 형성되는 경우에, 단지 5 개의 샘플만이 중간층(61)으로부터 박리되는 것이 발견되었다.
또한, Si의 중간층(61)을 베인(6) 상에 형성한 경우에, 즉 경질 탄소막(62)을 0 V 내지 -50 V의 범위에서 가변 자기 바이어스 전압에서 Si의 중간층(61) 상에 형성한 경우에, 상기의 모든 샘플은 박리를 나타내지 않았다.
상기 결과는 본 발명에서 사용하기 위한 경질 탄소막이 베인(6), 롤러(3) 및 실린더 채널(5)과 같은 각종 부재의 활주식 접촉면에 내마모성을 부여할 만큼 충분히 개선된 경도와 밀착성을 가진다는 사실을 입증하고 있다. 그러한 경질 탄소막 코팅은 상기 부재들의 활주식 접촉면에서의 슬러지 생성을 감소시키는 역할을 한다.
상기 실시예에서는 ECR 플라즈마 CVD 장치가 경질 탄소막을 형성하기 위해 채용된다. 그러나, 이것은 막 형성을 위한 다른 적절한 기술의 사용을 배제하기 위한 것이 아니라는 사실을 이해해야 한다.
상기 설명으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명은 충분한 경도 및 화학적 안정성을 부여하기 위해 경질 탄소막을 형성시킨 베인, 롤러 또는 실린더 채널을 제공한다. 경질 탄소막은 베인, 롤러 또는 실린더 채널에 잘 밀착될 수 있기 때문에 그러한 구성 원소들을 합체한 회전식 압축기는 상당한 양의 슬러지를 발생시키지 않고 장기간에 걸쳐 작동될 수 있다. 상기 때문에 모세관을 통한 냉매 운반체의 공급 차단의 발생이 방지되며, 보호 효과에 의해 회전식 압축기에 대한 치명적인 손상도 회피될 수 있다.
도9는 본 발명의 일 태양에 의한 일 실시예를 도시하는 개략도이다. 경질 탄소막(64)이 본 발명에 의한 부재의 본체, 즉 베인 상에 형성되어 이들 사이에 인터페이스을 형성한다. 혼합층(63)이 인터페이스에 인접한 베인(6)의 두께 구역에 형성된다.
도10은 도9의 베인 및 베인의 주변부를 도시하는 확대 개략 단면도이다. 도10에 도시된 바와 같이, 혼합층(63)은 인터페이스에 인접한 베인(6)의 두께 구역에 형성된다. 혼합층(63)은 탄소와 베인(6)의 구성 원소, 예컨대 Fe로 형성된다. 인터페이스에 근접한 혼합층(63)의 두께 부분(63b)에서의 탄소 함량은 인터페이스에서 먼 혼합층(63)의 두께 부분(63b)에서의 함량보다 더욱 크게 되어 혼합층(63)의 두께 방향으로 탄소 함량 구배를 형성한다. 그러한 혼합층(63)은 탄소를 인터페이스에 인접한 두께 구역 내로 유입시킴으로써 형성될 수 있다. 탄소의 유입은 예를 들어 상술한 ECR 플라즈마 CVD 장치를 작동시켜 베인(6)이 막 형성의 초기 단계에서 부의 자기 바이어스 전압을 발생시키게 함으로써 달성될 수 있다.
다이아몬드형 탄소막 등의 경질 탄소막(64)이 혼합층(63) 상에 형성된다.
혼합층(63)의 두께는 양호하게는 5 Å이상이고, 더욱 양호하게는 10 내지 200 Å의 범위이다.
도4의 장치가 경질 탄소막을 형성하기 위해 채용되었다. 베인에서 발생된 자기 바이어스 전압은 막 형성의 개시로부터 최초 1분 동안은 -50 V로 유지되었다. 다음에, 도11에 도시된 바와 같이, 자기 바이어스 전압은 0 V로 강하되었고 다음에 0 V로부터 즉시 점차적으로 증가하여 막 형성의 완료 시에 -50 V에 도달하도록 가변되었다. 자기 바이어스 전압이 -50 V로 유지된 최초 1분 동안에, 혼합층이 베인의 외부층에 인접해서 베인 내에 형성된다. 결국, 5000 Å의 두께 및 3000 Hv의 비커스 경도를 갖는 경질 탄소막이 베인 상에 형성되었다.
밀착성 평가를 위해 이와 같이 형성된 경질 탄소막에 긁힘 시험을 하였다. 다이아몬드 스타일러스가 채택되어 100 ㎜/min의 긁힘 속도로 시험하였다. 최대 하중은 500 g 이었다. 50개의 경질 탄소막의 샘플이 시험되었으며, 박리를 나타내는 샘플의 수는 경질 탄소막의 밀착성 수준을 가리키는 것으로 추측되었다. 박리되는 샘플은 없는 것으로 관찰되었다.
비교를 위해, 도5에 도시된 바와 같이 RF 전원이 인가되어 베인에서 발생되는 자기 바이어스 전압이 막 형성의 개시 시의 0 V로부터, 개시 후 15분이 경과한 막 형성의 완료 시에 -50 V로 가변되도록 하였다. 이와 같이 형성된 비교적 경질 탄소막은 5000 Å의 두께와 3000 Hv의 비커스 경도를 나타내었다. 박리되는 샘플의 수는 50개 중 10개였다.
상기 결과로부터 알수 있듯이, 베인 등의 기판에 대한 경질 탄소막의 밀착성은 기판의 표면층에 혼합층의 유효 두께를 형성함으로써 향상될 수 있다.
도12는 본 발명의 제1 태양에 의한 다른 실시예를 도시하는 개략 단면도이다. 혼합층(33)이 롤러(3)의 외면에 인접해서 롤러(3) 내에 형성된다. 또한, 상기 롤러의 외면에 근접한 혼합층(33)의 두께 부분의 탄소 함량은 상기 롤러의 외면으로부터 먼 두께 부분에서보다 높아서 도11에 도시된 실시예에서와 유사하게 혼합층(33)의 두께 방향으로의 탄소 함량 구배를 형성한다. 혼합층(33)은 도11의 실시예에서와 동일한 방식으로 형성될 수 있다. 경질 탄소막(34)이 혼합층(33) 상에 형성된다.
롤러(3)의 외면에 인접한 혼합층(33)의 형성은 롤러(3)에 대한 경질 탄소막(34)의 밀착성을 개선시킨다.
도13은 본 발명의 제1 태양에 의한 다른 실시예를 도시하는 단면도이다. 혼합층(53)은 실린더 채널의 내면에 인접한 실린더 채널(5)의 내벽에 형성된다. 도11에 도시된 실시예와 유사하게, 혼합층(53)은 두께 방향으로 탄소 함량 구배를 가져서 외면에 근접한 혼합층의 두께 부분에서의 탄소 함량이 외면으로부터 먼 두께 부분에서보다 높게 된다. 혼합층(53)은 도11의 실시예에서와 같은 방식으로 형성될 수 있다. 경질 탄소막(54)은 혼합층(53) 상에 형성된다.
롤러(3)의 내면에 인접한 혼합층(53)의 형성은 실린더 채널(5)의 내면에 대한 경질 탄소막(34)의 밀착성을 개선시킨다.
도14는 본 발명의 제2 태양에 의한 실시예를 도시한 개략 부분 단면 사시도이다. 중간층(65)이 베인(6) 상에 형성된다. 혼합층(66)은 중간층(66)의 외면에 인접한 중간층(66) 내에 형성된다. 혼합층(66)은 탄소 및 중간층(65)의 구성 원소로 형성된다. 경질 탄소막(67)은 중간층(65) 상에 형성된다.
도15는 도14의 베인 및 그 주변부를 도시한 확대 단면도이다. 도15에 예시된 바와 같이, 혼합층(66)은 두께 방향으로 탄소 함량 구배를 가져서 외면에 근접한 혼합층(63)의 두께 부분(66b)에서의 탄소 함량이 혼합층(63)의 외면으로부터 먼 혼합층(63)의 두께 부분(66a)에서보다 높게 된다. 그러한 혼합층(66)은 도10의 혼합층(63)이 중간층(65)의 외면에 인접한 베인(6)의 두께 구역으로 탄소를 유입시킴으로써 형성되는 것과 같은 방식으로 형성될 수 있다. 탄소의 유입은, 예를 들어, 베인(6) 등의 기판을 막 형성의 초기 단계에서 부의 자기 바이어스 전압을 형성하도록 상기한 ECR 플라즈마 CVD 장치를 작동시킴으로써 수행될 수 있다.
경질 탄소막(67)은 혼합층(66) 상에 형성된다. 혼합층(66)의 존재는 중간층(65)에 대한 경질 탄소막(67)의 밀착성을 개선시키도록 기여한다.
상기 제2 태양에서, 혼합층이 중간층보다 더욱 두껍게 되는 것이 바람직하다면, 혼합층은 중간층을 통해 기판으로 연장하도록 표면에 인접한 하부 기판에 또한 형성될 수도 있다.
도16은 중간층 내에 형성된 혼합층의 두께 방향에서 조성 기울기를 도시한 그래프이다. 이 특정 실시예에서, 중간층은 실리콘(Si)으로 구성된다. RF 동력은 기판에 생성된 자기 바이어스 전압이 막 형성 초기 단계에서 -50 V에 설정되도록 기판 홀더에 인가되었다. 그렇지 않았다면, 상기 실시예에 채용된 것과 같은 방식에 유사하게, 경질 탄소막은 실리콘 중간층 상에 형성되었을 것이다.
도16에 도시된 바와 같이, 탄소 함량은 혼합층의 표면으로부터 50 Å의 깊이에서 0에 도달한다. 혼합층의 두께는 약 50 Å이다. 혼합층은 혼합층의 외면으로부터 혼합층의 전체 두께의 약 35 %의 깊이에 위치된 곳(A)에서 약 70 원자 %의 최대 탄소 함량을 나타낸다. 도16에 도시된 바와 같이, 혼합층은 혼합층 표면에 근접한 두께 부분에서의 탄소 함량이 혼합층 표면으로부터 먼 두께 부분에서보다 높은 혼합층 부분을 가져서 탄소 함량 구배(B)를 형성한다. 혼합층은 혼합층의 외면에 근접한 두께 부분에서의 탄소 함량이 약간 감소하여 탄소 함량 구배를 형성하는 내부에 위치(A)로 외면으로부터 연장하는 다른 혼합층 부분을 가지고 있다. 혼합층에 대한 경질 탄소막의 개선된 밀착성은 혼합층의 외면에 더 인접한 또는 근접한 두께 부분에서의 탄소 함량이 혼합층의 외면에 대면한 또는 먼 두께 부분에서보다 높은 혼합층 내에 그러한 탄소 함량 구배를 성립시킴으로써 확신받을 수 있다.
혼합층의 두께는 기판에 생성된 자기 바이어스 전압을 가변시키는 등으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 중간층의 경우에, 기질을 가로지르는 자기 바이어스 전압이 막 형성의 초기 단계에서 -1 kV에 제어된다면, 혼합층은 약 130 Å의 두께까지 형성될 수 있다.
실리콘 중간층이 100 Å의 두께까지 베인 상에 형성되었다. 다음에, 경질 탄소막은 실리콘 중간층 상에 형성되었다. 자기 바이어스 전압은 도11에 도시된 바와 같은 방식으로 막 형성 중 가변되었다. 최종의 경질 탄소막은 5000 Å의 두께와 3000 Hv의 비커 경도를 가졌다. 형성된 경질 탄소막에 대해 밀착성 평가를 위한 긁힘 시험을 하였다. 어떠한 샘플도 박리되지 않았다.
다음에, 첨가 원소를 포함하는 경질 탄소막이 형성되었다. 그러한 첨가 원소를 포함하는 경질 탄소막은 도17에 도시된 장치를 통하여 형성되었다. 도17을 참조하면, 차폐 커버(114)에서 개구(115)를 갖는 것 외에도, 장치는 개구(115)로부터 격리된 제2 개구(117)를 가지고 있다. 대상(118)은 제2 개구(117)을 향하여 면하게 배치되어 있다. 이온 빔 건(119)은 대상(118)이 이온 빔 건(119)으로부터 이온 빔으로 방사될 수 있는 위치에 배치되어 있다. 다른 구조들은 도4의 장치 각각의 구조들과 유사하다.
대상 재료는 Si, Ta, Cr 및 B를 포함하였다. 그러한 첨가 원소들 중 일부를 포함하는 경질 탄소막은 도17에 도시된 장치를 이용함으로써 형성되었다. 베인 홀더(112)는 막 형성 과정 중 회전되며, 결국 탄소 및 첨가 원소는 각각 개구(115)와 제2 개구(117)을 통하여 각각의 베인(113) 상에 퇴적되었다. 결과적으로, 첨가 원소를 포함하는 경질 탄소막이 각각의 베인(113) 상에 형성되었다. 베인(113)은 막 형성 전에 중간층(100 Å 두께)으로 미리 코팅되었다.
경질 탄소막 내부에 N 또는 F를 유입시킬 때, 대상(118)은 사용되지 않았다. 대신에, N2 또는 CF4 가스가 막 형성 분위기 내부로 유입되었다. 특히, CH4 가스 및 N2 또는 CF4 가스는 각각의 분압이 1.3 x 10-3 및 1.0 x 10-3 Torr에서 공급되었다.
마찰 계수 및 마모 깊이를 측정하기 위하여 최종의 경질 탄소막에 대해 표면 특성 시험을 하였다. 마찰 계수는 Si, Ta 및 F를 위해 측정되며, 반면 마모 깊이는 N, Cr 및 B를 위해 측정되었다. 비교를 위해, 그 위에 중간층도 경질 탄소막도 코팅되지 않은 베인과, 첨가 원소를 포함하지 않는 경질 탄소막으로 코팅된 베인이 각각 마찰 계수 및 마모 깊이를 측정하기 위해 제조되었다. 마모 깊이에 대해서는, 첨가 원소를 포함하지 않는 경질 탄소막의 관점에서 상대 평가를 하였다. 결과는 다음의 표2에 게재되어 있다. 측정을 위해, 활주식으로 2000 회 왕복식 알루미늄 볼 인덴터(indenter)가 이용되었다.
Figure pat00002
표2로부터 명백하듯이, 최종의 경질 탄소막에서 첨가 원소의 포함으로 스스로에게 개선된 마찰계수 및 마모 깊이를 제공한다.
첨가 원소의 함량은 경질 탄소막의 외면으로부터 먼 두께 부분에서보다 경질 탄소막의 외면에 근접한 경질 탄소막의 두께 부분에서 더욱 높을 수도 있다. 첨가 원소의 그러한 함량 구배의 제공으로 최종의 경질 탄소막의 밀착성은 개선된다.
도18은 본 발명의 제2 태양에 의한 다른 실시예를 도시하는 부분 절단 개략 단면도이다. 중간층(35)은 롤러(3) 상에 형성된다. 혼합층(36)은 중간층(35)의 외면에 인접한 중간층(35) 내부에 형성된다. 경질 탄소막(37)은 중간층(35) 상에 형성된다. 혼합층(36)은 도14의 실시예와 유사하게 중간층(35)에서 형성될 수 있다. 중간층(35)에서 혼합층(36)의 형성으로 경질 탄소막(37)에 대한 밀착성이 향상된다.
도19는 본 발명의 제2 태양에 의한 또 다른 실시예를 도시하는 부분 절단 개략 단면도이다. 중간층(55)은 실린더 채널(5)의 내면 상에 형성된다. 혼합층(56)은 중간층(55)의 외면에 인접한 중간층(55) 내부에 형성된다. 경질 탄소막(57)은 중간층(35) 상에 형성된다. 혼합층(56)은 도14의 실시예와 유사하게 중간층(35)에서 형성될 수 있다. 중간층(55)에서 혼합층(56)의 형성으로 경질 탄소막(57)에 대한 밀착성이 향상된다.
상기 실시예에서, 연속의 중간층 및 경질 탄소막이 베인의 넓은 표면 구역 상에 형성되었다. 그러나, 연속의 중간층 및 경질 탄소막이 베인의 선단부의 표면 구역 상에만 형성될 수도 있다.
회전식 압축기가 상기 실시예에서 예시적으로 이용하여 본 발명에 의한 활주식 접촉면을 갖는 부재를 설명하였지만, 본 발명은 그러한 회전식 압축기에 제한되지 않는다. 본 발명은 왕복식 압축기의 실린더 또는 피스톤에 적용될 수 있으며, 또한 예를 들어 피스톤에 장착된 O-링의 외면에 적용될 수 있다.
도20은 스크롤 압축기에서 사용되는 스크롤의 사시도이다. 본 발명은 그러한 스크롤(70)에 적용될 수 있다. 스크롤(70)의 랩부(71) 및 미러판(72)이 각각 활주식 접촉면을 제공하고 있다.
또한, 본 발명에 의한 활주식 접촉면을 갖는 부재는 압축기에 제한되지 않으며, 활주식 접촉면을 포함하는 다양한 부재에 적용할 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 전기 면도기의 내부 또는 외부 블레이드 모서리 등의 부재에 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 하드 디스크 드라이브, VTR 실린더 및 광학 자기 디스크의 외면에서 이용되는 얇은 층 자기 헤드의 활주부에 적용할 수 있다.
제1 태양에 의한 부재는 활주식 접촉면 상에 경질 탄소막을 가져서 우수한 내마모성을 나타내게 된다. 또한, 본체의 활주식 접촉면에 인접한 혼합층의 형성은 경질 탄소막의 본체에 대한 양호한 밀착성을 제공하여서 부재가 박리되지 않고 장기간 동안 안정적으로 사용될 수 있게 한다.
제2 태양에 의한 부재는 중간층을 통한 활주식 접촉면상의 경질 탄소막을 제공하여서 우수한 내마모성을 나타내게 된다. 경질 탄소막 및 본체 사이의 중간층의 형성은 경질 탄소막 및 본체 사이에 개선된 밀착성을 제공한다. 또한, 외면에 인접한 중간층 내의 혼합층의 형성은 경질 탄소막에 더욱 개선된 밀착성을 제공한다.
도1은 본 발명의 제3 태양에 의한 일 실시예를 도시하는 개략적 단면도.
도2는 본 발명의 제3 태양에 의한 다른 실시예를 도시하는 개략적 단면도.
도3은 본 발명의 제3 태양에 의한 또 다른 실시예를 도시하는 개략적 단면도.
도4는 본 발명에 의한 실시예에 채용된 예시적인 ECR 플라즈마 CVD 장치의 개략적 단면도.
도5는 본 발명에 의한 실시예에서 필름 형성 시간과 자기 바이어스 전압 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도6은 각각 경도, 내부 응력, 수소 함량에 대한 자기 바이어스 전압의 관계를 도시하는 그래프.
도7은 본 발명에 의한 실시예에서 필름 형성 시간과 자기 바이어스 전압 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도8은 회전식 압축기의 일반적 구조를 도시하는 개략적 단면도.
도9는 본 발명의 제1 태양에 의한 실시예를 도시하는 개략적 단면도.
도10은 도9에 도시된 실시예의 베인과 그 주변부를 도시하는 확대 단면도.
도11은 본 발명에 의한 실시예에서 필름 형성 시간과 자기 바이어스 전압 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도12는 본 발명의 제1 태양에 의한 다른 실시예를 도시하는 개략적 단면도.
도13은 본 발명의 제1 태양에 의한 또 다른 실시예를 도시하는 개략 단면도.
도14는 본 발명의 제2 태양에 의한 일 실시예를 도시하는 개략 단면도.
도15는 도14에 도시된 실시예의 베인 및 그 주변부를 도시하는 확대 단면도.
도16은 본 발명에 의한 실시예들에서 혼합층의 두께 방향으로의 조성 변화를 도시하는 그래프.
도17은 본 발명에 의한 실시예들에 채용된 다른 예시적인 ECR 플라즈마 CVD 장치의 개략 단면도.
도18은 본 발명의 제2 태양에 의한 다른 실시예를 도시하는 개략 단면도.
도19는 본 발명의 제2 태양에 의한 또 다른 실시예를 도시하는 개략 단면도.
도20은 스크롤형 압축기에 사용하기 위한 스크롤의 사시도.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
1 : 밀폐 용기
2 : 크랭크 축
3 : 롤러
4 : 중공 실린더
5 : 채널
6, 113 : 베인
7 : 스프링
8 : 유입관
9 : 배기관
31, 51, 61 : 중간층
32, 52, 62 : 탄소막
33, 53, 63 : 혼합층
34, 54, 64 : 경질 탄소막

Claims (24)

  1. 활주식 접촉면을 갖는 본체와,
    본체의 상기 활주식 접촉면에 제공된 경질 탄소막과,
    상기 활주식 접촉면에 인접한 상기 본체의 두께 구역 내에 형성되고 탄소 및 본체의 두께 구역의 구성 원소를 포함하는 혼합층을 포함하며,
    상기 혼합층은 그 두께 방향으로 탄소 함량 구배를 가져서 혼합층의 외면에 근접한 두께 부분에서의 탄소 함량이 혼합층의 외면에서 먼 두께 부분에서보다 높은 활주식 접촉면을 갖는 부재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 혼합층은 탄소를 활주식 접촉면에 인접한 본체의 상기 두께 구역으로 유입시킴으로써 형성되는 활주식 접촉면을 갖는 부재.
  3. 활주식 접촉면을 갖는 본체와,
    본체의 상기 활주식 접촉면에 제공된 중간층과,
    상기 중간층에 제공된 경질 탄소막과,
    상기 활주식 접촉면에 인접한 상기 중간층의 두께 구역 내에 형성되고 탄소 및 상기 중간층의 구성 원소를 포함하는 혼합층을 포함하며,
    상기 혼합층은 그 두께 방향으로 탄소 함량 구배를 가져서 혼합층의 외면에 근접한 두께 부분에서의 탄소 함량이 혼합층의 외면에서 먼 두께 부분에서보다 높은 활주식 접촉면을 갖는 부재.
  4. 제3항에 있어서, 상기 혼합층은 탄소를 중간층의 외면에 인접한 중간층의 두께 구역으로 유입시킴으로써 형성되는 활주식 접촉면을 갖는 부재.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 중간층은 Si, Ti, Zr, Ge, Ru, Mo, W, 또는 이들의 산화물, 질화물, 또는 탄화물로 형성되는 활주식 접촉면을 갖는 부재.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼합층의 두께가 적어도 5 Å인 활주식 접촉면을 갖는 부재.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼합층은 적어도 20 % 원자 %의 최대 탄소 함량을 갖는 농축부를 포함하는 활주식 접촉면을 갖는 부재.
  8. 제7항에 있어서, 상기 농축부는 혼합층의 외면으로부터 혼합층 전체 두께의 50 % 또는 그 이하를 덮는 두께 구역 내에 존재하는 활주식 접촉면을 갖는 부재.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경질 탄소막은 두께 방향으로 수소 함량 구배를 가져서 경질 탄소막의 외면으로부터 먼 두께 부분에서의 수소 함량이 경질 탄소막의 외면에 근접한 두께 부분에서보다 높은 활주식 접촉면을 갖는 부재.
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경질 탄소막은 Si, N, Ta, Cr 및 B로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나의 첨가 원소를 포함하는 활주식 접촉면을 갖는 부재.
  11. 제10항에 있어서, 상기 경질 탄소막은 그 두께 방향으로 첨가 원소의 함량 구배를 가져서 경질 탄소막의 외면에 근접한 두께 부분에서의 첨가 원소 함량이 경질 탄소막의 외면으로부터 먼 두께 부분에서보다 높은 활주식 접촉면을 갖는 부재.
  12. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경질 탄소막은 다이아몬드 박막, 혼합 다이아몬드 및 비정질 구조를 갖는 막, 또는 비정질 탄소 박막을 포함하는 활주식 접촉면을 갖는 부재.
  13. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 의한 활주식 접촉면을 갖는 부재를 구비한 압축기.
  14. 회전식 크랭크 축에 편심 장착되고 외주연을 갖는 롤러와,
    상기 롤러를 수용하기 위한 것으로서, 롤러의 상기 외주연과 활주 접촉하는내면을 갖는 중공 실린더와,
    실린더의 상기 내면에 제공된 채널에 수용되고, 롤러의 상기 외주연과 활주 접촉하는 선단부를 갖는 베인을 포함하며,
    상기 베인은 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 의한 활주식 접촉면을 갖는 부재의 상기 본체이고, 상기 베인의 적어도 선단부 또는 측면 부분은 상기 활주식 접촉면을 구성하는 회전식 압축기.
  15. 회전식 크랭크 축에 편심 장착되고 외주연을 갖는 롤러와,
    상기 롤러를 수용하기 위한 것으로서, 롤러의 상기 외주연과 활주 접촉하는내면을 갖는 중공 실린더와,
    실린더의 상기 내면에 제공된 채널에 수용되고, 롤러의 상기 외주연과 활주 접촉하는 선단부를 갖는 베인을 포함하며,
    상기 롤러는 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 의한 활주식 접촉면을 갖는 부재의 상기 본체이고, 롤러의 상기 외주연은 상기 활주식 접촉면을 구성하는 회전식 압축기.
  16. 회전식 크랭크 축에 편심 장착되고 외주연을 갖는 롤러와,
    상기 롤러를 수용하기 위한 것으로서, 롤러의 상기 외주연과 활주 접촉하는내면을 갖는 중공 실린더와,
    실린더의 상기 내면에 제공된 채널에 수용되고, 롤러의 상기 외주연과 활주 접촉하는 선단부를 갖는 베인을 포함하며,
    상기 중공 실린더는 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 의한 활주식 접촉면을 갖는 부재의 상기 본체이고, 중공 실린더의 상기 내면은 상기 활주식 접촉면을 구성하는 회전식 압축기.
  17. 회전식 크랭크 축에 편심 장착되고 외주연을 갖는 롤러와,
    상기 롤러를 내부에 수용하며, 롤러의 상기 외주연과 활주 접촉하는 내면을갖는 중공 실린더와,
    실린더의 상기 내면에 제공된 채널에 수용되며, 롤러의 상기 외주연과 활주접촉하는 선단부를 갖는 베인과,
    베인의 적어도 상기 선단부 또는 측면 부분 상에 형성된 경질 탄소막을 포함하며,
    상기 경질 탄소막이 그 두께 방향으로 탄소 함량 구배를 가져서 경질 탄소막의 외면으로부터 먼 두께 부분에서의 수소 함량이 경질 탄소막의 외면에 근접한 두께 부분에서보다 더욱 높은 회전식 압축기.
  18. 회전식 크랭크 축에 편심 장착되고 외주연을 갖는 롤러와,
    상기 롤러를 내부에 수용하며, 롤러의 상기 외주연과 활주 접촉하는 내면을 갖는 중공 실린더와,
    실린더의 상기 내면에 제공된 채널에 수용되며, 롤러의 상기 외주연과 활주접촉하는 선단부를 갖는 베인과,
    롤러의 상기 외주연 상에 형성된 경질 탄소막을 포함하며,
    상기 경질 탄소막이 그 두께 방향으로 탄소 함량 구배를 가져서 경질 탄소막의 외면으로부터 먼 두께 부분에서의 수소 함량이 경질 탄소막의 외면에 근접한 두께 부분에서보다 더욱 높은 회전식 압축기.
  19. 회전식 크랭크 축에 편심 장착되고 외주연을 갖는 롤러와,
    상기 롤러를 내부에 수용하며, 롤러의 상기 외주연과 활주 접촉하는 내면을 갖는 중공 실린더와,
    실린더의 상기 내면에 제공된 채널에 수용되며, 롤러의 상기 외주연과 활주접촉하는 선단부를 갖는 베인과,
    상기 실린더 채널의 내면 상에 형성된 경질 탄소막을 포함하며,
    상기 경질 탄소막이 그 두께 방향으로 탄소 함량 구배를 가져서 경질 탄소막의 외면으로부터 먼 두께 부분에서의 수소 함량이 경질 탄소막의 외면에 근접한 두께 부분에서보다 더욱 높은 회전식 압축기.
  20. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 중간층은 베인, 롤러 및 실린더 채널의 내면 중 하나와 상기 경질 탄소막 사이에 개재되는 회전식 압축기.
  21. 제20항에 있어서, 상기 중간층이 Si, Ti, Zr, Ge, Ru, Mo, W 또는 이들의 산화물, 질화물 또는 탄화물로 형성되는 회전식 압축기.
  22. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경질 탄소막은 Si, N, Ta, Cr, F 및 B로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나의 첨가 원소를 포함하는 회전식 압축기.
  23. 제22항에 있어서, 상기 경질 탄소막이 그 두께 방향으로 첨가 원소의 함량 구배를 가져서 경질 탄소막의 외면에 근접한 두께 부분에서의 첨가 원소 함량이 경질 탄소막의 외면에 먼 두께 부분에서보다 높은 회전식 압축기.
  24. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경질 탄소막은 다이아몬드 박막, 혼합 다이아몬드와 비정질 구조를 갖는 막, 또는 비정질 탄소 박막을 포함하는 회전식 압축기.
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